航天器交会远距离导引段误差敏感度研究

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1、V01．19No．340航天器工程SPACECRAFTENGINEERING第19卷第3期2010年5月航天器交会远距离导引段误差敏感度研究汤溢王翔(中国空间技术研究院，北京100094)摘要以航天器交会对接远距离导引轨道控制精度为研究目标，从控制过程各环节入手，分析误差因素，提出了敏感度分析的方法，从控制方程推导出控制精度敏感度方程，并进行了仿真计算，分析出影响控制精度的主要因素和影响程度。关键词航天器；交会远距离导引段；误差敏感度中图分类号：V412．4文献标志码：A文章编号：1673—8748(2010)03—0040—0

2、5ResearchonErrorSensitivityofSpacecraftRendezvousPhasingTANGYiWANGXiang(ChinaAcademyofSpaceTechnologyBeijing100094)Abstract：Theerrorfactorsareanalyzedbasedoncontrolprocessesofrendezvousphasingorbit．Andtheerrorsensitivityformulaisdeducedfromthecontrolformula．Then，them

3、ainerrorfac—torsandthedegreeofeffectarevalidatedaccordingtosimulationresults．Keywords：spacecraft；rendezvousphasing；errorsensitivity1引言在航天器交会对接任务中，误差是影响任务成败的重要问题。产生误差的因素很多，包括运载火箭的发射误差，地面测控的定轨误差，追踪航天器的敏感器测量误差和发动机执行误差，目标航天器轨道、姿态误差等等。这些误差因素引入到控制环节中，会影响最终的控制结果，尤其是终点控制精度结果

4、。本文重点研究交会对接远距离导引段轨道控制中影响终点控制精度的误差问题，并进行误差敏感度分析。所谓敏感度分析就是指误差因素对控制结果影响的敏感程度。本文首先概述了远距离导引轨道控制方案，建立轨道控制方程；接着根据控制过程中的各个环节，分析远距离导引段的误差因素；然后对影响终点控制精度的测量误差和控制误差进行敏感度分析，最后以一算例进行敏感度仿真计算。2远距离导引方案2．1方案概述交会飞行从追踪航天器入轨到两航天器对接机构接触，可分为远距离导引段和自主控制段。在远距离导引段，由地面测控网测量并预报追踪航天器和目标航天器轨道，地面根

5、据两航天器轨道参数计算变轨参数，注入给追踪航天器，追踪航天器执行地面变轨指令，在规定的时间导引至自主控制段进入点，即远距离导引段瞄准点。此时两航天器已建立了稳定的相对测量链路，转入自主控制段[1-43。远距离导引段瞄准点为追踪航天器相对于目标航天器的位置和速度状态，共6个参数量。根据每次变轨控制目标不同，远距离轨道控制可分为综合变轨和特殊点变轨两种策略。综合变轨策略以瞄准点为控制目标，一组变轨收稿日期：2010—02—10；修回日期：2010—05—04基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：汤溢(1979一)，女，工学硕士，主

6、要从事载人航天总体技术、交会对接技术研究工作。第3期汤溢等：航天器交会远距离导引段误差敏感度研究41有两次机动可满足瞄准点所有6个参数的要求。特殊点变轨策略每一次变轨瞄准特定的一个或两个参数，逐步满足远距离导引瞄准点要求。两种轨道控制策略的差别在于：1)前者一组变轨中的两次机动都有三个方向的分量，这样才能保证完全修正6个参数，因此变轨前都需进行三轴姿态调整，后者根据特定的瞄准参数可只有一个机动方向分量，只需进行保持对地姿态或进行一个方向姿态调整；2)前者变轨机动作用点不容易直接确定。作用点选择会对推进剂消耗带来较大影响，通常情况

7、下，作用点需在一定范围内寻优，无法保证在特定的测控弧段上，后者的变轨机动作用点在轨道特征点上(例如近地点、远地点等)；3)前者只需两次机动进行完全修正，后者一般需要4～5次机动。可见特殊点变轨除变轨次数较多外，在方法上和实现上都相对简单。在俄罗斯联盟号飞船的早期飞行试验中都采用特殊点变轨策略。在经过了一系列的试验验证后，从联盟-27飞船开始采用综合变轨策略。在实际应用中，特殊点变轨策略每次机动改变特定的一个或几个参数，误差会一直累计到远距离导引终点。为提高控制精度，通常会在远距离导引结束前进行一次组合轨道修正，两次轨道机动可完全

8、修正6个参数，可把此次修正看成综合变轨。由于特殊点变轨策略已经进行了较多次数的轨道机动，此时可采用一次机动修正传播较快、精度要求较高的参数，对于不会引起轨道传播和自主控制段要求不高的参数。可不进行修正。综合变轨策略通常也不会只进行一组变轨。为提高远距离导引终点控